CBTC与区域联锁一体化系统和方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其是涉及CBTC与区域联锁一体化系统和方法。

背景技术：

随着城市轨道交通的发展，信号系统的CBTC(Communication Based Train Control，基于通信的列车运行控制系统)技术和联锁技术在高密度列车安全自动控制上得到了广泛的应用。尽管CBTC与联锁在地面控制部分的接口方便实现轨旁设备的协同控制，但随着CBTC应用的成熟度不断提高，所暴露的设备设置重复、功能重叠、接口环节传输延时和故障也影响着信号系统可靠性、安全性，并制约整个轨道交通运行效率的进一步提高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供CBTC与区域联锁一体化系统和方法，以优化闭环控制环节，保证一体化系统的稳定性，提高轨道交通运行效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种CBTC与区域联锁一体化系统，所述系统包括：车车通信一体化装置和车地通信一体化装置；

所述车车通信一体化装置，用于在自动模式控制的情况下，获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，将所述第一位置信息和所述进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据所述第一线路数据信息和所述第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；

所述车地通信一体化装置，用于在后备模式和人工模式控制的情况下，获取第二位置信息和第二线路数据信息，根据所述第二位置信息和所述第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述车车通信一体化装置包括第一数据库存储单元，第一自动监控设备，第一车载控制器和第一控制器；

所述第一数据库存储单元，用于将所述第一线路数据信息发送给所述第一车载控制器；

所述第一自动监控设备，用于将第一调度命令发送给所述第一车载控制器；

所述第一车载控制器，用于将所述第一位置信息和所述进路申请信息发送至所述第一控制器；

所述第一控制器，用于将所述第一位置信息和所述进路申请信息进行处理，得到所述进路状态信息，并将所述进路状态信息发送给所述第一车载控制器，以使所述第一车载控制器根据所述第一线路数据信息和所述进路状态信息计算第一移动授权限制LMA。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一车载控制器，还用于接收所述第一自动监控设备发送的第一需求信息，并根据所述第一需求信息将所述第一调度命令的执行状态信息反馈给所述第一自动监控设备。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述车地通信一体化装置包括第二数据库存储单元、第二自动监控设备、第二车载控制器和第二控制器；

第二数据库存储单元，用于将所述第二线路数据信息发送给所述第二控制器；

所述第二自动监控设备，用于将第二调度命令和进路安排信息发送给所述第二控制器；

所述第二车载控制器，用于将所述第二位置信息发送给所述第二控制器；

所述第二控制器，用于根据所述第二线路数据信息和所述第二位置信息计算第二移动授权限制LMA信息，并将所述第二移动授权限制LMA发送至所述第二车载控制器。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第二车载控制器，还用于根据所述第二移动授权限制LMA信息计算前后列车间的安全距离。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第二控制器，还用于接收所述第二自动监控设备发送的第二需求信息，并根据所述第二需求信息将所述第二调度命令的执行状态信息反馈给所述第二自动监控设备。

本发明提供了CBTC与区域联锁一体化系统，包括车车通信一体化装置和车地通信一体化装置；在自动模式控制的情况下，车车通信一体化装置获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，并将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据第一线路数据信息和第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；在后备模式和人工模式控制的情况下，车地通信一体化装置获取第二位置信息和第二线路数据信息，并根据第二位置信息和第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息，以优化闭环控制环节，保证一体化系统的稳定性，提高轨道交通运行效率。

第二方面，本发明实施例还提供一种CBTC与区域联锁一体化方法，所述方法包括：

识别信号，根据所述信号判别控制模式；

当所述控制模式为自动模式控制时，获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，将所述第一位置信息和所述进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据所述第一线路数据信息和所述第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；

当所述控制模式为后备模式和人工模式控制时，获取第二位置信息和第二线路数据信息，根据所述第二位置信息和所述第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：当所述控制模式为所述自动模式控制时，获取第一需求信息，并根据所述第一需求信息将第一调度命令的执行状态信息反馈给第一自动监控设备。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：当所述控制模式为所述后备模式和所述人工模式控制时，获取第二需求信息，并根据所述第二需求信息将第二调度命令的执行状态信息反馈给第二自动监控设备。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：当所述控制模式为检测模式控制时，对区域内信号设备进行单操和/或调试。

本发明提供了CBTC与区域联锁一体化方法，包括识别信号，根据信号判别控制模式；当控制模式为自动模式时，获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据第一线路数据信息和第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；当控制模式为后备模式和人工模式时，获取第二位置信息和第二线路数据信息，根据第二位置信息和第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息，以优化闭环控制环节，保证一体化系统的稳定性，提高轨道交通运行效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的CBTC与区域联锁一体化系统结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的CBTC与区域联锁一体化系统中的车车通信一体化装置示意图；

图3为本发明实施例一提供的CBTC与区域联锁一体化系统中的车地通信一体化装置示意图；

图4为本发明实施例二提供的CBTC与区域联锁一体化方法流程图。

图标：

10－车车通信一体化装置；20－车地通信一体化装置；11－第一数据库存储单元；12－第一自动监控设备；13－第一车载控制器；14－第一控制器；21－第二数据库存储单元；22－第二自动监控设备；23－第二车载控制器；24－第二控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前随着城市轨道交通的发展，信号系统的CBTC技术和联锁技术在高密度列车安全自动控制上得到了广泛的应用。尽管CBTC与联锁在地面控制部分的接口方便实现轨旁设备的协同控制，但随着CBTC应用的成熟度不断提高，所暴露的设备设置重复、功能重叠、接口环节传输延时和故障也影响着信号系统可靠性、安全性，并制约整个轨道交通运行效率的进一步提高。

基于此，本发明实施例提供的CBTC与区域联锁一体化系统和方法，可优化闭环控制环节，保证一体化系统的稳定性，提高轨道交通运行效率。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的CBTC与区域联锁一体化系统进行详细介绍，

实施例一：

参照图1，CBTC与区域联锁一体化系统包括车车通信一体化装置10和车地通信一体化装置20；

其中，在自动模式控制的情况下，车车通信一体化装置10，用于获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，并将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，再根据第一线路数据信息和第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA(Limit Movement Authority，移动授权限制)信息；

在后备模式和人工模式控制的情况下，车地通信一体化装置20，用于获取第二位置信息和第二线路数据信息，并根据第二位置信息和第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息。

通过分析城市轨道交通CBTC和区域联锁的设备功能和接口信息，将列车运行控制过程抽象为两个闭环控制过程，从设备集成和控制深度出发，建立基于车地通信和车车通信的通信模式下信号系统一体化的信息流模型，给出了在车车通信模式下的CBTC与区域联锁一体化系统。考虑一体化信号系统整体故障－安全，方案设计了四种运行控制模式，分别适用于车车通信和车地通信条件，具有较强的兼容性。

其中，参照图2，车车通信一体化装置10包括第一数据库存储单元11，第一自动监控设备12，第一车载控制器13和第一控制器14；

其中，这里的车载控制器指的是VOBC(Vehicle Controller，车载控制器)；自动监控设备指的是ATS(Automatic Train Supervision，列车自动监控)；控制器指的是区域一体控制器；

第一数据库存储单元11，用于将第一线路数据信息发送给第一车载控制器13；

第一自动监控设备12，用于将第一调度命令发送给第一车载控制器13；

具体地，ATS是非故障导向安全的子系统，其功能主要是对全线路的列车运行进行宏观调度指挥；

第一车载控制器13，用于将第一位置信息和进路申请信息发送至第一控制器14；

VOBC实现ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护)和ATO(Automatic Train Operation，列车自动运行)的功能，也是故障导向安全的车载子系统，它与ZC之间仅通过无线通信方式交互信息，没有复杂的有线接口。它可以确定列车位置、强制执行移动授权控制、车门控制和安全联锁、列车完整性的检测和根据乘客舒适标准控制列车移动。

这里，第一车载控制器13，还用于获取第一线路数据信息，并根据第一线路数据信息决定当前行驶速度，并通过无线通信方式获取前后列车的位置信息；

第一控制器14，用于将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到进路状态信息，并将进路状态信息发送给第一车载控制器13，以使第一车载控制器13根据第一线路数据信息和进路状态信息计算第一移动授权限制LMA。

需要说明的是，此时的第一控制器14是真正的一体机，在内部逻辑上，将原区域联锁机的功能模块保留，但增加原区域控制器的部分功能模块，即仍有联锁运算模块和驱动采集模块，其联锁运算模块为二取二乘二冗余结构，保证联锁运算安全可靠。考虑信号系统降级模式，原区域控制器的功能模块部分保留，即保留应答器报文模块和LMA计算模块。由两套高性能的工业控制计算机系统(主、备区域控制器)构成，每套工业控制计算机系统又由主、从机构成。

进一步的，第一车载控制器13，还用于接收第一自动监控设备12发送的第一需求信息，并根据第一需求信息将第一调度命令的执行状态信息反馈给第一自动监控设备12。

这样可真正实现无线列调，列车只使用其所需的轨道资源，可以优化交通流；此外列车通过与其他列车通信，可以更快速获取列车位置信息，列车间隔控制将更为准确，缩短前后车间距，从而极大的提高了系统的性能。

其中，参照图3，车地通信一体化装置20包括第二数据库存储单元21、第二自动监控设备22、第二车载控制器23和第二控制器24；

第二数据库存储单元21，用于将第二线路数据信息发送给第二控制器24；

第二自动监控设备22，用于将第二调度命令和进路安排信息发送给第二控制器24；

第二车载控制器23，用于将第二位置信息发送给第二控制器24；

第二控制器24，用于根据第二线路数据信息和第二位置信息计算第二移动授权限制LMA信息，并将第二移动授权限制LMA发送至第二车载控制器23。

进一步的，第二车载控制器23，还用于根据第二移动授权限制LMA信息计算前后列车间的安全距离。

这里，移动授权限制LMA信息一般大于等于安全距离，与进路信息有关，防止后车与前车(障碍物)碰撞。

进一步的，第二控制器24，还用于接收第二自动监控设备22发送的第二需求信息，并根据第二需求信息将第二调度命令的执行状态信息反馈给第二自动监控设备22。

此处的车载控制器、自动监控设备、控制器分别与上述车车通信一体化装置中指代一致，在此不再赘述；

这里，第二控制器24包括区域联锁和区域控制器ZC(Zone Controller，区域控制器)，其中，区域联锁，用于控制地面进路信号设备，采集设备执行信息和进路状态信息，区域控制器，用于将第二线路数据信息和进路状态信息融合成地面线路数据信息，发送给第二车载控制器23，以使第二车载控制器23根据地面线路数据信息，决定当前行驶速度；

联锁是故障导向安全的轨旁子系统，其功能主要包括进路先于列车进入联锁区段(时间或接近锁闭)的锁闭和列车曾处于联锁中(进路锁闭)的锁闭两部分。城市轨道交通区域联锁将整个控制区域视为一个车站，使用一套联锁机完成地理位置不同的多个车站联锁逻辑运算和集中控制，实现车站联锁、区间闭塞和站间联系的一体化控制。采用区域联锁系统可扩大传统计算机联锁的控制范围，将设备集中车站周围的小站进行集中控制，充分发挥计算机功能强的特点，提高运输组织效率、降低运营成本；

ZC是故障导向安全的轨旁子系统，但在功能上是和区域联锁截然不同的安全控制部件。它主要对管辖区域内运行的列车进行安全间隔控制，每个联锁区设置一个ZC，而且以三取二或二乘二取二的方式冗余配置。由ZC实现与所控制区域内所有列车的安全信息通信，向所管辖区域内每列车发送LMA，保证每列车即保持安全间距又兼顾运行效率，在与列车VOBC和车地通信的闭环控制下，保证列车安全、快速的行进；

可以理解的，将区域联锁和区域控制器集成于一体，可减少大量轨旁设备；

需要说明的是，于第二控制器24中，区域控制器作为上位机将第二调度命令和进路安排发送给区域联锁；区域联锁作为执行机，执行进路安排并将第二调度命令的执行状态信息交换给区域控制器；区域控制器根据接收到的第二需求信息，将第二调度命令的执行状态信息反馈给第二自动监控设备22；

区域联锁内设联锁运算模块和驱动采集模块，直接控制轨旁设备并获取设备状况信息，其联锁运算模块为二取二乘二冗余结构，保证联锁运算安全可靠。区域控制器由两套高性能的工业控制计算机系统(主、备区域控制器)构成，每套工业控制计算机系统又由主、从机构成。其工作方式为二取二乘二容错方式。区域联锁和区域控制器放在一个机柜中，它们之间采用内部通信协议可靠通信。

原有区域联锁控制的道岔、信号机和车站紧急停车按钮等控制电路仍将保留，由区域一体控制器的下位执行机驱动控制，这样原有的安全互锁关系仍然存在，统一处理管辖区域内所有的道岔、信号机、轨道区段(计轴)、车站屏蔽门状态和车站紧急停车按钮等轨旁设备。

由于减少了原区域联锁机主从设备和ZC主从设备，并优化了联锁到ZC接口的中间环节，上位机可以实时方便地处理所有轨旁设备信息，从而提高了区域控制器的处理速度，使每列车的VOBC更快速的得到自己的LMA，这样有利于进一步提升列车的运营效率。

本发明提供了CBTC与区域联锁一体化系统，包括车车通信一体化装置和车地通信一体化装置；在自动模式控制的情况下，车车通信一体化装置获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，并将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据第一线路数据信息和第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；在后备模式和人工模式控制的情况下，车地通信一体化装置获取第二位置信息和第二线路数据信息，并根据第二位置信息和第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息，以优化闭环控制环节，保证一体化系统的稳定性，提高轨道交通运行效率。

实施例二：

参照图4，CBTC与区域联锁一体化方法包括以下步骤：

步骤S101，识别信号，根据信号判别控制模式；

步骤S102，当控制模式为自动模式时，获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据第一线路数据信息和第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；

具体地，正常运行时，信号系统以车车通信的自动驾驶模式为主，车载VOBC自行计算LMA，实现移动闭塞，列车控制采用连续式控制方式。自动模式即正常运行下的自动驾驶模式，列车之间车车通信，自行计算LMA，一体控制器为列车自动走行自动排列进路，实现列车的完全自动驾驶运行。

步骤S103，当控制模式为后备模式和人工模式时，获取第二位置信息和第二线路数据信息，根据第二位置信息和第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息。

具体地，故障时，根据信号故障－安全原则，整个信号系统进入降级或后备模式，列车控制依靠地面应答器和计轴设备、信号机进行点式运行，区域一体控制器计算区域内每辆列车的LMA，以准移动闭塞或固定闭塞为区域控制方式。后备模式和人工模式是信号系统降级运行，列车以车地通信的连续式或点式运行，一体控制器为列车计算LMA并自动排列进路。

进一步的，该方法还包括：当所述控制模式为所述自动模式控制时，获取第一需求信息，并根据所述第一需求信息将第一调度命令的执行状态信息反馈给第一自动监控设备。

进一步的，该方法还包括：当所述控制模式为所述后备模式和所述人工模式控制时，获取第二需求信息，并根据所述第二需求信息将第二调度命令的执行状态信息反馈给第二自动监控设备。

进一步的，该方法还包括：当所述控制模式为检测模式控制时，对区域内信号设备进行单操和/或调试。

具体地，检测模式是在运营前后，信号系统调试或检修设备时所设工作模式，此时可对区域内所有信号设备进行单操和调试。

本发明提供了CBTC与区域联锁一体化方法，包括识别信号，根据信号判别控制模式；当控制模式为自动模式时，获取第一位置信息、进路申请信息和第一线路数据信息，将第一位置信息和进路申请信息进行处理，得到第一进路状态信息，根据第一线路数据信息和第一进路状态信息计算第一移动授权限制LMA信息；当控制模式为后备模式和人工模式时，获取第二位置信息和第二线路数据信息，根据第二位置信息和第二线路数据信息计算第二移动授权限制LMA信息，以优化闭环控制环节，保证一体化系统的稳定性，提高轨道交通运行效率。

本发明实施例提供的CBTC与区域联锁一体化方法，与上述实施例提供的CBTC与区域联锁一体化系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的CBTC与区域联锁一体化系统和方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。